煤層群導水裂隙帶高度計算的研究

(神華包頭能源有限責任公司李家壕煤礦　內(nèi)蒙古　鄂爾多斯　017000)

一、李家壕煤礦概況

(一)礦井概況

李家壕煤礦位于鄂爾多斯市東南方向，隸書與罕臺鎮(zhèn)。李家壕煤礦目前主采2-2中煤和3-1煤，兩煤層采用協(xié)調(diào)開采方式進行，其中，2-2中煤厚度1.4～2.5m，平均2.0m，3-1煤厚度2.5～6.3m，平均4.0m。上下煤層傾角均小于5°，煤層結(jié)構(gòu)相對簡單，局部含夾矸1-2層，屬穩(wěn)定型煤層。根據(jù)盤區(qū)內(nèi)鉆孔柱狀的揭示情況，開采區(qū)域兩煤層間距34～40m，3-1煤埋深204～254m，表土層厚3.2～5.2m。

(二)礦井水文

二、單一煤層開采覆巖導水裂隙帶高度的計算方法

目前，《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中導水裂隙帶高度計算方法的統(tǒng)計經(jīng)驗公式在我國最為常用，導水裂隙帶高度經(jīng)驗公式建立在大量現(xiàn)場實驗和監(jiān)測的基礎(chǔ)上，并基本上滿足了我國水體下開采的基本要求。但由于該經(jīng)驗公式采取了均化處理覆巖巖性的方式，關(guān)鍵層在覆巖破斷運動中的控制作用被掩蓋，最終會導致一定條件下計算的覆巖導水裂隙發(fā)育高度與實際偏差很大，計算失誤甚至會導致一些突水事故的發(fā)生。

三、煤層群開采覆巖導水裂隙帶高度的判別方法

由于東勝煤田屬于近距離煤層群的開采條件，因此，有必要研究煤層群開采條件下的覆巖導水裂隙帶高度確定方法。借鑒前述單一煤層開采的導水裂隙帶高度預(yù)計方法，本文類似的提出了基于關(guān)鍵層位置的煤層群開采覆巖導水裂隙帶高度的判別方法。

該預(yù)計方法的具體步驟如下：

第一步，收集工作面鉆孔柱狀資料，這與《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中需要收集的地質(zhì)資料基本相同。

第二步，采用關(guān)鍵層判別軟件KSPB進行具體鉆孔柱狀條件下覆巖關(guān)鍵層位置的判別。

第三步，由于兩層煤重復開采引起的覆巖運動并不等同于單一煤層的一次開采，因此，上述判別方法中的采高選取并不能單純按兩煤層采高累加直接進行計算，而應(yīng)按照兩煤層累計的等效采高Md進行判斷，即將下煤層開采引起的巖層運動波及至上煤層位置時的下沉量，作為上煤層的累計等效采厚疊加到上煤層上，從而按此等效累計采高在上煤層位置進行判別。等效累計采高可按下式計算：

Md=M1+M2-D(KP-1)

(式1)

式中，M1、M2分別為上下煤層采高，D為上下煤層間距，KP為煤層間巖層的殘余碎脹系數(shù)。

第四步，確定導水裂隙帶高度。如果主關(guān)鍵層位置距開采煤層高度小于(7～10)Md，則覆巖主關(guān)鍵層破斷裂隙是貫通的，主關(guān)鍵層控制的上覆基巖破斷裂隙也是貫通的，導水裂隙發(fā)育至基巖頂部以上，如基巖厚度為Hj，則導水裂隙帶高度Hd等于或大于Hj；當主關(guān)鍵層位置距開采煤層高度大于(7～10)Md時[1-3]，則頂板導水裂隙帶高度受控于距煤層高度大于(7～10)M的第一層關(guān)鍵層的位置，如該層關(guān)鍵層距煤層高度為Hg，則導水裂隙帶高度Hd等于Hg。

四、導水裂隙帶高度不同預(yù)計方法的結(jié)果對比

以補連塔煤礦、萬利煤礦及李家壕礦部分工作面頂板導水裂隙帶高度按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》預(yù)計方法結(jié)果和按本文提出的預(yù)計方法結(jié)果與實測結(jié)果的對比。由此可見，按照上述新方法預(yù)計得到的導水裂隙帶高度較按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》預(yù)計方法得到的結(jié)果更接近實測結(jié)果。其中D1、D2、D9、D10的預(yù)計結(jié)果比實測結(jié)果偏大，是由于其基巖頂部存在相當厚度的泥巖遇水膨脹而彌合導水裂隙，導致后期實測導水裂隙帶高度小于基巖厚度。

五、結(jié)論

(1)針對煤層群開采條件，將下煤層開采引起的巖層運動波及至上煤層位置時的下沉量，作為上煤層的累計等效采厚疊加到上煤層上，按此等效累計采高在上煤層位置進行判別，從而確定了多煤層開采導水裂隙帶高度的計算方法。

(2)本文建立層煤群開采時的導水裂隙高度預(yù)計方法，并用于李家壕煤礦2-2中煤22中109工作面和3-1煤31109工作面進行驗證，和鉆孔柱狀圖進行比對，證明該預(yù)計方法與實際較符合。

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[3]許家林，錢鳴高.覆巖關(guān)鍵層位置的判別方法[J].中國礦業(yè)大學學報，2000，29(5)：463～467.